CN101721946B - 具有离心分离功能的喷雾造粒分离塔 - Google Patents

Abstract

一种能够同时实现造粒和分离功能的喷雾造粒分离塔，它可以同时利用沉降分离和离心分离的原理，在喷雾造粒的同时，实现较高的气固分离效率。在其分离空间段中，安装有喷雾造粒喷嘴系统。通过合理设计喷雾造粒喷嘴系统，可以实现液相溶剂的闪蒸雾化和固相物质的造粒过程，并在造粒塔内形成旋转流场。通过调整进料分布器支管的角度以及分布器支管的个数，可以实现不同程度的颗粒分布与高效的气固分离。

Description

具有离心分离功能的喷雾造粒分离塔

所属技术领域

本发明属于化工分离工程机械设备，特别是涉及一种利用离心分离原理的具有较高分离效率的喷雾造粒塔，可以应用于重油梯级分离工艺中沥青残渣的喷雾造粒及分离过程，在实现造粒的同时，对溶剂与颗粒进行高效分离，也可以用于其他喷雾造粒领域。由于造粒塔本身具有较高的分离性能，可以减轻后续分离过程的颗粒负荷和能耗。

背景技术

在重油梯级分离工艺中，高温高压下的液体溶剂和沥青颗粒的混合物在喷口处快速喷出，实现沥青和胶质的喷雾造粒，溶剂随后气化，从而形成气(汽化溶剂)固(固态沥青胶质颗粒)混合物。常规的喷雾造粒技术在喷雾造粒过程中，利用重力沉降原理进行气相和颗粒相的分离，造粒塔的体积较大，分离效率较低，在造粒塔的下游还需要配备专门的一级或多级分离装置，对气相和颗粒相混和物进行分离，增加了装置整体的建设成本、运行成本、安装空间和能耗。尤其当喷雾造粒的气相是萃取过程中昂贵的溶剂(如重油梯级分离工艺中的戊烷)汽化形成的，则必须对溶剂与颗粒进行高效分离，以便回收溶剂重复利用。分离过程的环节越多、过程越复杂，溶剂的损失越多。如果造粒塔本身具有较高的气固分离功能，对于整个过程是有利的。

发明内容

为了克服现有的喷雾造粒塔本身分离效率较低的局限性，降低下游单独配备的分离装置的分离要求，本发明提出一种新型的造粒塔结构。该造粒塔结构简单，在塔内利用沉降分离和离心分离的原理，可以提高造粒过程中对固体颗粒的分离能力，大幅度减小造粒塔的尺寸和体积。这种新的造粒塔兼有喷雾造粒和分离功能，在不增加任何能耗的条件下，在造粒的同时实现溶剂与新造颗粒的较高效率的分离，有效地降低了塔顶出口气相溶剂中颗粒的浓度，减少了下游分离过程的压力，简化下游的分离过程，降低分离过程的能耗，装置整体的建设成本和安装空间也大大降低。

本发明解决这个技术问题所采用的技术方案是：在喷雾造粒塔内，设计了新型的喷雾造粒喷嘴进料系统，通过对喷雾系统的喷射角度的设计，在喷雾造粒的同时，在造粒塔内形成旋转流场，在离心力的作用下，颗粒与气相分离，颗粒本身具有向下的速度分量，同时在重力作用下，向下运动，在下部出口排出造粒塔，而溶剂则从造粒塔上部的引出管引出造粒塔，这样在实现造粒的同时达到较高的分离的效果。由于离心分离具有较高的分离效率，未增加复杂的内构件，装置整体的体积和高度也较小，并且可以简化下游的气固分离过程，整套装置的建设和运行费用较低。

新结构的喷雾造粒分离塔主要由造粒塔塔体，喷雾造粒喷嘴系统、下排料罐三部分组成；其中，喷雾造粒喷嘴系统由一个分布器总管与四个分布器支管连接所组成，各个分布器支管呈对称分布，分布器总管安装在造粒塔内部距离顶部为L1的位置，分布器支管出口位于同一圆周D2上，出口的射流方向与竖直方向成一定的角度α，与对称两支管出口连线成一定的角度β，调节角度α和角度β，形成带有不同切向速度的旋转流场，满足不同的分离效率要求；其中，D为分离沉降段(3)的直径，L1的变化范围为0.1D～2D，D2的变化范围为0.1D～0.8D，α的变化范围为1°～120°，β的变化范围为1°～120°。

所述的喷雾造粒分离塔中，造粒塔塔体由分离沉降段(3)、锥段(4)、过渡段(5)所组成；分离沉降段(3)的直径为D，高度为H1；锥段(4)的上口直径为D，下口直径为D1，高度为H2；过渡段直径D1，高度为H3；其中，H1的变化范围为0.3D～5D，D1的变化范围为0.1D～1D，H2的变化范围为0.5D～5D，H3的变化范围为0.1D～2D。

所述的喷雾造粒分离塔中，下排料罐由直径为D3、高度为H4的圆柱形筒体和上口直径为D3、下口直径为D4、高度为H5的锥段组成；其中，D为分离沉降段(3)的直径，D3的变化范围为0.3D～2D，H4的变化范围为0.3D～5D，D4的变化范围为0.1D～0.5D。

附图说明

图1是本发明的喷雾造粒塔主体图。

图2是本发明的喷雾造粒塔喷雾喷嘴系统示意图。

图1中，1.液固混合物进料管，2.喷雾造粒喷嘴系统，3.分离沉降段，4.锥段，5.过渡段，6.下排料罐，7.固相排料口，8.气相排出口。

具体实施方式

参考图1和图2，本发明的喷雾造粒分离塔的主体结构由上至下主要包含有：造粒塔塔体，喷雾造粒喷嘴系统、下排料罐三部分组成；其中，喷雾造粒喷嘴系统由一个分布器总管与四个分布器支管连接所组成，各个分布器支管呈对称分布，分布器总管安装在造粒塔内部距离顶部为L1的位置，分布器支管出口位于同一圆周D2上，出口的射流方向与竖直方向成一定的角度α，与对称两支管出口连线成一定的角度β，调节角度α和角度β，形成带有不同切向速度的旋转流场，满足不同的分离效率要求；其中，D为分离沉降段(3)的直径，L1的变化范围为0.1D～2D，D2的变化范围为0.1D～0.8D，α的变化范围为1°～120°，β的变化范围为1°～120°。

参考图1，造粒塔塔体由分离沉降段(3)、锥段(4)、过渡段(5)所组成；分离沉降段(3)的直径为D，高度为H1；锥段(4)的上口直径为D，下口直径为D1，高度为H2；过渡段直径D1，高度为H3；其中，H1的变化范围为0.3D～5D，D1的变化范围为0.1D～1D，H2的变化范围为0.5D～5D，H3的变化范围为0.1D～2D。

参考图1，下排料罐由直径为D3、高度为H4的圆柱形筒体和上口直径为D3、下口直径为D4、高度为H5的锥段组成；其中，D为分离沉降段(3)的直径，D3的变化范围为0.3D～2D，H4的变化范围为0.3D～5D，D4的变化范围为0.1D～0.5D。

在图1中，液相溶剂与沥青颗粒的混合物经液固混合物进料管(1)进入喷雾造粒喷嘴系统(2)，混合物料通过每个喷嘴喷入造粒塔，液相溶剂在高温高压下发生闪蒸汽化，沥青则成为固体颗粒。在完成造粒过程的同时，通过喷嘴的排布，在造粒塔的分离沉降段(3)内形成向下的旋转运动，在离心力的作用下，气相溶剂与固体颗粒分离，固体颗粒被分离到壁面处，并沿壁面呈螺旋状向下滑动，进入装置锥段(4)，颗粒的旋转动能逐渐耗尽，经过渡段(5)进入下排料罐(6)，避免沥青颗粒返回上部，并进一步进行沉降分离，以便脱尽溶剂，然后经固相排料口(7)排出装置，进行输送包装。而气相溶剂则沿中心的负压区向上流动，经装置上部的气相排出口(8)排出装置，进行循环使用。

在图2中，闪蒸汽化后的溶剂与颗粒的混合物经过分布器总管进入分布器后，沿四个分布器支管以一定的倾斜角度进入分离沉降段(3)。在常规的造粒塔中，分布器支管为竖直向下安装，因此不具有离心分离功能。在本发明中，分布器支管与竖直方向成一定角度，角度越大，切向速度越大，颗粒越容易向壁面处运动，有利于气固分离，但轴向速度越小，不利于颗粒向下沉降，可能会造成轴向返混。因此，需要根据工艺上对分离效率的要求以及装置的结构特点进行优化。

对本发明提出的具有离心分离功能的新型喷雾造粒分离塔进行的实验结果表明，只要优化设计分布器及喷雾造粒分离塔的结构，合理组织气固两相流体的流动，对于30-100μm的颗粒，可以达到95％以上的分离效率。

本发明提出的喷雾造粒分离塔，可以用于所有的喷雾造粒场所。

Claims (3)

1.一种喷雾造粒分离塔，该分离塔的主体结构由上至下主要包含有：造粒塔塔体，喷雾造粒喷嘴系统、下排料罐三部分组成；

其中，喷雾造粒喷嘴系统由一个分布器总管与四个分布器支管连接所组成，各个分布器支管呈对称分布，分布器总管安装在造粒塔内部距离顶部为L1的位置，分布器支管出口位于同一圆周D2上，出口的射流方向与竖直方向成一定的角度α，与对称两支管出口连线成一定的角度β，调节角度α和角度β，形成带有不同切向速度的旋转流场，满足不同的分离效率要求；其中，D为分离沉降段(3)的直径，L1的变化范围为0.1D～2D，D2的变化范围为0.1D～0.8D，α的变化范围为1°～120°，β的变化范围为1°～120°。

2.根据权利要求1所述的喷雾造粒分离塔，其特征是：造粒塔塔体由分离沉降段(3)、锥段(4)、过渡段(5)所组成；分离沉降段(3)的直径为D，高度为H1；锥段(4)的上口直径为D，下口直径为D1，高度为H2；过渡段直径D1，高度为H3；其中，H1的变化范围为0.3D～5D，D1的变化范围为0.1D～1D，H2的变化范围为0.5D～5D，H3的变化范围为0.1D～2D。

3.根据权利要求1所述的喷雾造粒分离塔，其特征是：下排料罐由直径为D3、高度为H4的圆柱形筒体和上口直径为D3、下口直径为D4、高度为H5的锥段组成；其中，D为分离沉降段(3)的直径，D3的变化范围为0.3D～2D，H4的变化范围为0.3D～5D，D4的变化范围为0.1D～0.5D。

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